EP1488840B1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundfiltermaterials - Google Patents
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- B01D39/1638—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being particulate
- B01D39/1653—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being particulate of synthetic origin
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
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- B01D39/02—Loose filtering material, e.g. loose fibres
- B01D39/06—Inorganic material, e.g. asbestos fibres, glass beads or fibres
Definitions
- the present invention relates to a method for producing a novel structure for a filter.
- Known multi-layer filters are formed of layers which touch each other, but in which the different materials are not connected to each other over the entire surface, since suitable substances such as adhesives would block the pores.
- Such composite filters therefore have the disadvantage that, in particular in the case of liquid filtration, it is possible to form channels between the layers which do not ensure homogeneous flow conditions and thus impair the product.
- composite filter in which a layer of the per se preferred fiber materials - including those with increased zeta potential - so fibers can detach and be discharged with, so that no foreign body-free product.
- a filter is known in which the filter element is made of ultrahigh molecular weight fine-grained polyethylene and another polyethylene component. On its inflow surface, a finely porous coating of a fine-grained material is provided. With a fiber material of this form element is not connected.
- the DE OS 30 24 324 describes a filter body of two coaxially nested skin-like filter layers. Here, too, is multilayer structure, fiber materials are also not used.
- a composite material for creating filters in particular for filtering gases and liquids. It is created from a first layer of PTFE fiber material that is stretched or held and a second layer of sintered, porous PTFE.
- the sintered, porous PTFE is formed from granular PTFE particles, which are pre-melted and applied in a flowable state to the fiber material. Again, there is described the spraying of the molten PTFE on flat-spanned fiber material.
- the present invention has therefore set itself the task of creating a filter consisting of two or more layers, one layer of which consists of a Fasermatieral, the interfaces are indeed mechanically firmly connected to each other, but excluded a channel formation between the layers and the entrainment is largely prevented by fibers from fibrous filter layers.
- the filter of at least a first layer of fiber material which is given a spatial form, as well as at least a second layer, which consists of plastic.
- the second layer is formed from a granulate sintered to the first layer.
- the first material may basically be any fiber material with a mineral, metallic or fibrous structure, it is only essential that the melted granules particles (dot-shaped) stick to the substrate. In this way, a homogeneous structure results, which avoids bypasses between the respective layers, which leads to a higher filter efficiency.
- the fiber filter side flows.
- the shape of the filter is almost arbitrary, it may be plate-shaped or enclose a cavity which is open at least on one side, so that the granules can be poured, which is the first filter material layer opposite supported by a mold that removes after cooling again or, if it itself is filter material, is thus combined into a three-layer composite.
- Another very special advantage is that, according to the invention, granules having a relatively high mechanical strength can be used, so that this also when granulating to request design elements, such. As threads or flanges and thus can be used materially uniform.
- PE polyethylene
- ultra-high molecular weight PE is suitable as usable plastic granules, but also in principle other sinterable plastics.
- high pressure polypropylene can be used, but also e.g. Polytetrafluoroethylene (PTFE), but which is vorzupressen before the sintering process to a shaped body.
- PTFE Polytetrafluoroethylene
- the plastic granulate body is subject to shrinkage. Therefore, if the granules are sintered, e.g. to a cylindrical body, so this shrinks in addition to the sintering process.
- the granules are sintered, e.g. to a cylindrical body, so this shrinks in addition to the sintering process.
- the granules are inside and the fiber material outside.
- an expandable cylinder pressurize the granules with the necessary contact pressure.
- This can be designed as Temperturfester rubber hose or consisting of metal segments, which are mechanically diverted.
- the layer thicknesses of the sintered material may be from about 1 to e.g. 6 mm.
- the pore size of the second filter layer obtained from the granules is dependent on the pressure applied during sintering, which in principle is also atmospheric pressure can be. With the applied pressure can thus also set a desired pore size.
- the other available parameter is the temperature, which should be close to the melting point. It is advantageous at about 120-300 ° C, the exposure time depending on the layer thickness or volume and plastic should be about 5-120 min.
- the method according to the invention thus consists in depositing a granulate layer on the first filter layer (vertical or horizontal), wherein it is supported by a mold with freely selectable contours and / or also of filter material in a stationary arrangement and is heated to sintering temperature Controlling the nature of the resulting plastic filter layer by the influence of pressure, heat and time.
- FIG. 1 Three basic possibilities for the production of cylindrical filters are illustrated.
- a fiber filter in a cylindrical shape z. B. prepared as follows.
- the existing of fiber material cylinder 1 is placed on a base and at a distance to a hollow cylinder (not shown) slipped over. Thereafter, granules are filled and sintered at a suitable temperature by heating, wherein a firmly connected to the first cylinder 1 second cylinder 2 made of plastic, for. B. PE is created.
- the solid bond creates a highly stable cylindrical filter. If pressure is to be exerted, this can be done by an inner support cylinder, which secures the fiber material against deformation and an annular punch, which depresses the granules. A supernatant can easily be cut off.
- FIG. 3 a correspondingly executed product, however, with inner and outer granular filter 2 and an intermediate fiber material cylinder 1 shows.
- Figure 4-6 illustrate that in this way, any spatial forms can be generated, for example, those with star-shaped cross-section, which have a larger surface area.
- FIG. 7 shows schematically another surface enlargement, in which the fiber filter, a body is formed with radial depressions.
- FIG. 8 In the end, two possibilities are shown, the sintered filter part 2 during the sintering process with a construction element, here to provide a thread.
- the sintered part In the upper illustration, the sintered part is covered by the fiber filter 1, in the lower part, the fiber material 2 is inside.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines neuartigen Aufbaus für einen Filter.
- Bekannte mehrschichtige Filter werden aus Lagen gebildet, die einander zwar berühren, bei denen aber die unterschiedlichen Materialien nicht miteinander vollflächig verbunden sind, da hierzu verwendbare Substanzen wie etwa Klebstoffe die Poren blockieren würden.
- Solche Verbundfilter haben daher den Nachteil, dass sich insbesondere bei der Flüssigfiltration zwischen den Schichten Kanäle ausbilden können, die keine homogenen Fliessverhältnisse gewährleisten und somit das Produkt beeinträchtigen.
- Verwendet man Verbundfilter, bei denen eine Schicht aus den an sich bevorzugten Fasermaterialien bestehen - darunter befinden sich solche mit erhöhtem Zeta-Potential - so können sich Fasern ablösen und mit ausgeschleust werden, so dass kein fremdkörperfreies Produkt entsteht.
- Aus der
EP 0 634 952 B1 ist ein Filter bekannt, bei welchem das Filterelement aus ultrahochmolekularem feinkörnigem Polyethylen und einem weiteren Polyethylenbestandteil aufgebaut ist. An seiner Zuströmoberfläche ist eine feinporöse Beschichtung aus einem feinkörnigem Material vorgesehen. Mit einem Fasermaterial ist dieses Formelement nicht verbunden. - Die
DE OS 30 24 324 beschreibt einen Filterkörper aus zwei koaxial ineinander gesteckten hautähnlichen Filterschichten. Auch hier liegt zwar Mehrschichtenaufbau vor, Fasermaterialien werden ebenfalls nicht verwendet. - Ferner wird in der
GB 2 320 449 A - Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen aus zwei oder mehr Schichten bestehenden Filter zu schaffen, dessen eine Schicht aus einem Fasermatieral besteht, dessen Grenzflächen zwar mechanisch fest miteinander verbunden sind, bei welchen aber eine Kanalbildung zwischen den Schichten ausgeschlossen und die Mitnahme von Fasern aus faserhaltigen Filterschichten weitestgehend unterbunden ist.
- Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Herstellungsverfahren für einen Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei der Filter aus mindestens einer ersten Schicht aus Fasermaterial, der eine Raumform gegeben wird, sowie mindestens aus einer zweiten Schicht, die aus Kunststoff besteht. Dabei wird die zweite Schicht aus einem an die erste Schicht angesinterten Granulat gebildet.
- Dabei kann das erste Material grundsätzlich ein beliebiges Fasermaterial mit mineralischem, metallischem oder faserigem Aufbau sein, wesentlich ist lediglich, dass die angeschmolzenen Granulatteilchen (punktförmig) mit dem Substrat verkleben. Auf diese Weise entsteht ein homogener Aufbau, welcher Bypässe zwischen den jeweiligen Schichten vermeidet, was zu einer höheren Filtereffektivität führt.
- Da die angeschmolzenen Granulatteilchen sich mit den an der Oberfläche befindlichen Faseranteilen verbinden, führt dies zu einem weitestgehenden Unterbinden von Ausschwemmungen von Faserteilchen. Hierbei wird z. B. die Faserfilterseite angeströmt. Es ist natürlich auch möglich, die erste Filterschicht beidseitig anzusintern. Die Form des Filters ist dabei nahezu beliebig, sie kann plattenförmig sein oder einen Hohlraum umschließen, der mindestens einseitig offen ist, so dass das Granulat angeschüttet werden kann, wobei dieses der ersten Filtermaterialschicht gegenüberliegend von einer Form abgestützt wird, die nach dem Erkalten wieder entfernt werden kann oder aber, wenn sie selbst Filtermaterial ist, auf diese Weise zu einem Dreischichtverbund vereint wird.
- Von einem weiteren, ganz besonderen Vorteil ist, dass erfindungsgemäß Granulate mit relativ hoher mechanischer Festigkeit verwendet werden können, so dass dieses auch beim Granulieren zur Anforderung von Konstruktionselementen, wie z. B. Gewinden oder Flanschen und damit materialeinheitlich verwendet werden kann.
- Als verwendbares Kunststoffgranulat kommt insbesondere Polyethylen (PE), besonders bevorzugt ultrahochmolekulares PE, in Frage, aber auch grundsätzlich andere sinterbare Kunststoffe. Dieses weist vorteilhaft Teilchengrößen zwischen etwa 1-400 µm auf. Entsprechend können auch die Porengrößen in weiten Grenzen gewählt werden.
- Desweiteren kann Hochdruckpolypropylen eingesetzt werden, aber auch z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE), welches aber vor dem Sintervorgang zu einem Formkörper vorzupressen ist.
- Beim Sintervorgang unterliegt der Kunststoffgranulatkörper einem Schwund. Sintert man daher das Granulat z.B. an einen zylindrischen Körper, so schrumpft dieser zum Sintervorgang zusätzlich auf. Beim Ansintern an einen Außen die Faserlage umgehenden Zylinder kann das Fasermaterialteil von innen über einen z.B. expandierbaren Zylinder abgestützt werden.
- Beim umgekehrten Vorgang befindet sich das Granulat innen und das Fasermaterial außen. Hierbei kann z.B. ebenfalls ein expandierbarer Zylinder das Granulat mit dem nötigen Anpreßdruck beaufschlagen. Dieser kann als temperturfester Gummischlauch oder aus Metallsegmenten bestehend ausgelegt sein, die mechanisch auseinandergetrieben werden. Die Schichtdicken des Sintermaterials können ab etwa 1 bis z.B. 6 mm betragen.
- Die Porengröße der aus dem Granulat erhaltenen zweiten Filterschicht ist abhängig vom beim Sintern angewendeten Druck, der grundsätzlich auch Atmosphärendruck sein kann. Mit dem angewendeten Druck lässt sich somit auch eine gewünschte Porengröße einstellen.
- Zu hohe Drücke führen zu einem großflächigen Verschmelzen der Granulatteilchen und damit Porenverschluss; der Druck sollte daher etwa 15 kp/cm2 nicht übersteigen.
- Der weitere zur Verfügung stehende Parameter ist die Temperatur, die nahe am Schmelzpunkt liegen sollte. Sie liegt vorteilhaft bei etwa 120-300° C, wobei die Einwirkungszeit je nach Schichtdicke bzw. Volumen und Kunststoff bei etwa 5-120 Min. liegen sollte.
- Das erfindungsgemäße Verfahren besteht somit darin, dass man an die erste Filterschicht (stehend oder liegend) eine Granulatschicht anschüttet, wobei diese bei stehender Anordnung gegenüberliegend durch eine Form mit frei wählbarer Kontur und/oder ebenfalls aus Filtermaterial bestehend abgestützt und auf Sintertemperatur erwärmt wird, wobei man die Beschaffenheit der entstehenden Kunststoff-Filterschicht durch den Einfluss von Druck, Wärme und Zeit steuert.
- Neben den oben erwähnten Vorteilen, wie insbesondere die Vermeidung von Faserabtrag in die Reinseite des Filters und der Möglichkeit der Einstellung der Porengröße (z. B. zwischen 1 und 500 µm) sind die gute chemische Beständigkeit, die hohe Eigenstabilität und damit verbunden, der Fortfall von Stützkörpern zu erwähnen. Ebenso können wegen der Möglichkeit der stirnseitigen Abdichtung durch das gesinterte Material Endkappen vermieden werden, relativ kleine Baugrößen sind ebenso möglich, wie eine leichte Anpassung an den spezifischen Anwendungsfall von Schichtaufbau, Größe, Form und Filtercharakteristik.
- Bei den erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Fasermaterialien werden solche mit hohem Zeta-Potential wegen ihrer besonderen Eigenschaften auch besonders bevorzugt, die wegen ihrer elektrochemischen Eigenschaften, z. B. Bakterien zu binden in der Lage sind. Ein solches Material sind z. B. Glasfasern.
- Zu den beiliegenden Figuren sind Ausführungsbeispiele dargestellt. Dabei zeigen:
-
Figur 1-3 runde Hohlfilter -
Figur 4-6 sternförmige -
Figur 7 ein Filter mit angesinterter Oberflächenprofilierung und -
Figur 8 ein solches mit einem angeformten Gewinde. - In
Figur 1 werden drei prinzipielle Möglichkeiten zur Herstellung von zylindrischen Filtern veranschaulicht. - Während es bei der Herstellung von Filterplatten genügt, die Vorlage z. B. eine Faserfilterplatte in eine Form zu legen, Granulat aufzuschütten und dieses gegebenenfalls mit Hilfe eines aufgelegten Stempels (unter Druck) zu sintern, wird bei der Herstellung von Rundformen wie vorliegend, ein Faserfilter in Zylinderform z. B. folgendermaßen hergestellt. Der aus Fasermaterial bestehende Zylinder 1 wird auf eine Unterlage gestellt und in Abstand dazu ein Hohlzylinder (nicht dargestellt) übergestülpt. Danach wird Granulat verfüllt und bei geeigneter Temperatur durch Erhitzen gesintert, wobei ein mit dem ersten Zylinder 1 fest verbundener zweiter Zylinder 2 aus Kunststoff, z. B. PE entsteht. Durch den festen Verbund entsteht ein hochstabiler zylindrischer Filter. Soll Druck ausgeübt werden, so kann dies durch einen inneren Stützzylinder geschehen, der das Fasermaterial gegen Verformung sichert sowie einen ringförmigen Stempel, der das Granulat niederdrückt. Ein Überstand kann einfach abgeschnitten werden.
- In
Figur 2 wird analog so verfahren, dass in den Fasermaterialzylinder 1 ein Formkörper, hier ebenfalls zylindrisch eingestellt und das Granulat innen angeformt wird, wobei -
Figur 3 ein entsprechend ausgeführtes Produkt jedoch mit innerem und äußeren Granulatfilter 2 und einem dazwischen liegenden Fasermaterial Zylinder 1 zeigt. -
Figur 4-6 verdeutlichen, dass auf diese Weise auch beliebige Raumformen erzeugt werden können, beispielsweise solche mit sternförmigem Querschnitt, die eine größere Oberfläche aufweisen. -
Figur 7 zeigt schematisch eine andere Oberflächenvergrößerung, bei welcher an das Faserfilter ein Körper mit radialen Vertiefungen angeformt ist. - In
Figur 8 letztlich sind zwei Möglichkeiten gezeigt, das gesinterte Filterteil 2 beim Sintervorgang mit einem Konstruktionselement, hier ein Gewinde auszustatten. In der oberen Darstellung ist das Sinterteil vom Faserfilter 1 umfaßt, in der unteren liegt das Fasermaterial 2 innen.
Claims (11)
- Verfahren zur Herstellung von aus zumindest zwei Schichten (1,2) bestehenden Filtern, die eine Raumform einnehmen,
umfassend die Schritte:- Bereitstellen und Raumform Geben einer ersten Schicht (1) aus einem Fasermaterial,- Anordnen einer Zwischenraum bildenden abstützenden Form um die erste Schicht (1), so dass zwischen der abstützenden Form und der ersten Schicht (1) ein Zwischenraum bereitgestellt wird,- Anordnen einer zweiten Schicht (2) aus einem Kunststoffgranulat an der ersten Schicht (1),- Erhitzen der zweiten Schicht (2) bis zu einem Schmelzpunkt des Kunststoffmaterials, wobei Ansintern der zweiten Schicht (2) an der ersten Schicht (1) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte:- stehend Anordnen der ersten Schicht (1), wobei die erste Schicht (1) eine Raumform mit einer Innen- und einer Außenseite annimmt,- Anordnen einer innenseitigen Abstützform, anliegend an der Innenseite der ersten Schicht (1),- Anordnen der Zwischenraum bildenden Abstützform um eine gewünschte Schichtdicke der zweiten Schicht (2) beabstandet um die Außenseite der ersten Schicht (1), dann- Anordnen des die zweite Schicht (2) bildenden Kunststoffmaterials um die erste Schicht (1) und Durchführen des Ansinterns.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend die Schritte:- stehend Anordnen der ersten Schicht (1), wobei die erste Schicht (1) eine Raumform mit einer Innen- und einer Außenseite annimmt,- Anordnen einer außenseitigen Abstützraumform, anliegend an der Außensseite der ersten Schicht (1),- Anordnen der Zwischenraum bildenden Abstützform um eine gewünschte Schichtdicke der zweiten Schicht (2) beabstandet um die Innensseite der ersten Schicht (1),- Anordnen des die zweite Schicht (2) bildenden Kunststoffmaterials um die erste Schicht (1) und Durchführen des Ansinterns.
- Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, umfassend die Schritte:- Entfernen der den Zwischenraum bildenden Abstützform und/oder- Entfernen der innenseitigen Abstützform oder der außenseitigen Abstützform.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kunststoffgranulat eine Teilchengröße von 1 bis 400 µm aufweist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend die Schritte:- Anordnen des die zweite Schicht (2) bildenden Kunststoffmaterials um die erste Schicht (1), indem das granuläre Kunststoffmaterial durch Formpressen vorgeformt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, umfassend die Schritte:- Aufbringen eines Anpressdrucks auf die an die granuläre Kunststoffmaterialschicht (2) anliegende Abstützraumform, insbesondere eines Anpressdrucks von bis zu 15 kp/cm2.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei- das Fasermaterial ein Glasfasermaterial ist, und/oder wobei- das Kunststoffmaterial ein Granulat aus ultrahochmolekularem Polyethylen ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 120-300° C erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Erhitzen über 5 bis 120 Minunten auf das Granulat einwirkt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die abstützende Form, die den Zwischenraum bildet, und/oder die innen- und/oder außenseitige Abstützraumform mit einem Trennmittel beschichtet ist.
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26 | Opposition filed |
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Opponent name: BRITA GMBH Effective date: 20120516 |
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GBPR | Gb: patent revoked under art. 102 of the ep convention designating the uk as contracting state |
Effective date: 20140205 |
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